一、工業鏡頭成像質量的影響因素

不同工業鏡頭的成(cheng)像(xiang)質量有著有著千(qian)差(cha)(cha)萬別(bie)，就算是同一(yi)類型的工業鏡(jing)(jing)頭也(ye)是如此，這主要是由于材質、加(jia)工精度和鏡(jing)(jing)片結(jie)構的不同等因素造成(cheng)的，同時也(ye)導致(zhi)不同檔(dang)次的工業鏡(jing)(jing)頭鏡(jing)(jing)頭價格從幾(ji)百元(yuan)到幾(ji)萬元(yuan)的巨大差(cha)(cha)異(yi)。

1、材質

在(zai)產(chan)品的(de)制造過程(cheng)中(zhong)，材(cai)(cai)(cai)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)的(de)選擇往(wang)往(wang)會直接(jie)影響(xiang)到最終的(de)產(chan)品質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)，高清(qing)工業鏡頭(tou)(tou)也是如(ru)此(ci)。目(mu)前，國內(nei)最為常(chang)見的(de)鏡片(pian)(pian)主(zhu)要有玻璃(li)鏡片(pian)(pian)、復合材(cai)(cai)(cai)料鏡片(pian)(pian)以(yi)及樹(shu)(shu)脂鏡片(pian)(pian)三種，不同(tong)材(cai)(cai)(cai)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)的(de)鏡片(pian)(pian)適合于不同(tong)的(de)應(ying)用。例(li)如(ru)，在(zai)監控應(ying)用中(zhong)，由于樹(shu)(shu)脂和(he)復合材(cai)(cai)(cai)料鏡片(pian)(pian)在(zai)高溫和(he)暴曬的(de)條件(jian)下容(rong)易老化、變形(xing)，因此(ci)，玻璃(li)鏡片(pian)(pian)就是最佳的(de)鏡頭(tou)(tou)材(cai)(cai)(cai)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)。適合應(ying)用的(de)最佳材(cai)(cai)(cai)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)可以(yi)使鏡頭(tou)(tou)在(zai)成(cheng)像(xiang)(xiang)過程(cheng)中(zhong)發(fa)揮最大的(de)作用，而不適宜的(de)材(cai)(cai)(cai)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)則會直接(jie)降低鏡頭(tou)(tou)的(de)品質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)，從而降低成(cheng)像(xiang)(xiang)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)。

2、工藝

不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)產(chan)品(pin)(pin)制(zhi)造工(gong)(gong)藝(yi)是不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)，甚至同(tong)一產(chan)品(pin)(pin)也會存在(zai)不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)制(zhi)造工(gong)(gong)藝(yi)，而(er)不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)工(gong)(gong)藝(yi)所(suo)制(zhi)造出的(de)(de)(de)(de)產(chan)品(pin)(pin)自然會相應的(de)(de)(de)(de)存在(zai)一定(ding)的(de)(de)(de)(de)差(cha)別。鍍(du)膜(mo)(mo)在(zai)色彩還原(yuan)和處(chu)理(li)偏光(guang)偏色方面(mian)有著(zhu)(zhu)很大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)作用，而(er)鏡(jing)頭(tou)的(de)(de)(de)(de)鍍(du)膜(mo)(mo)工(gong)(gong)藝(yi)卻有多種，那么，不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)鍍(du)膜(mo)(mo)工(gong)(gong)藝(yi)就會使鏡(jing)頭(tou)在(zai)色彩還原(yuan)及偏光(guang)偏色處(chu)理(li)方面(mian)存在(zai)差(cha)異(yi)。另(ling)外，鍍(du)膜(mo)(mo)工(gong)(gong)藝(yi)還直接影響(xiang)著(zhu)(zhu)鏡(jing)頭(tou)的(de)(de)(de)(de)透光(guang)率，即(ji)鏡(jing)頭(tou)鏡(jing)片(pian)的(de)(de)(de)(de)透光(guang)能力，而(er)透光(guang)率的(de)(de)(de)(de)大(da)(da)小又直接影響(xiang)到了鏡(jing)頭(tou)的(de)(de)(de)(de)清(qing)晰度(du)(du)高(gao)低，尤其(qi)影響(xiang)著(zhu)(zhu)高(gao)清(qing)工(gong)(gong)業鏡(jing)頭(tou)在(zai)低照度(du)(du)環境(jing)下(xia)的(de)(de)(de)(de)成像質量(liang)。

3、技術

非(fei)球(qiu)面技術是(shi)(shi)影響(xiang)鏡頭清晰度，尤(you)其(qi)是(shi)(shi)邊緣(yuan)部分清晰度的一(yi)個重要因素(su)，非(fei)球(qiu)面鏡片可以有效的增加鏡頭邊緣(yuan)的透光量，有效的修正球(qiu)面鏡片造成(cheng)的像(xiang)差模糊現象。目前，常用的非(fei)球(qiu)面制(zhi)作工(gong)藝主(zhu)要有針對玻(bo)璃鏡片邊緣(yuan)運用研(yan)磨(mo)工(gong)藝與直(zhi)接在(zai)玻(bo)璃球(qiu)面表面進行鍍膜兩種方式。對于高清工(gong)業鏡頭來說(shuo)，非(fei)球(qiu)面技術是(shi)(shi)保障其(qi)高清成(cheng)像(xiang)的關(guan)鍵之一(yi)。

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二、工業鏡頭的主要參數對成像質量的影響

行業(ye)中一般用光學傳遞(di)函數(shu)OTF（OpticalTransferFunction）來綜合評(ping)價某個鏡頭成像質(zhi)量的好與壞(huai)，光學傳遞(di)函數(shu)，即光學系統傳遞(di)的是(shi)亮度沿空(kong)間(jian)(jian)分(fen)布(bu)的信(xin)息，當它在傳遞(di)被(bei)拍物圖像數(shu)據信(xin)息時(shi)，被(bei)傳遞(di)為各空(kong)間(jian)(jian)頻率(lv)的正弦波(bo)信(xin)號(hao)，其調(diao)制度和位(wei)相在成實際像時(shi)的變化，均為空(kong)間(jian)(jian)頻率(lv)的函數(shu)。

像差則是影響圖像質量(liang)的重要因素(su)，常見的像差有：

1、球(qiu)(qiu)差：由主軸上某一(yi)(yi)(yi)物點(dian)向光(guang)(guang)學(xue)系統發出的(de)(de)單(dan)色(se)圓(yuan)錐形光(guang)(guang)束(shu)，經光(guang)(guang)學(xue)折射(she)后(hou)，由同一(yi)(yi)(yi)物點(dian)散射(she)的(de)(de)光(guang)(guang)束(shu)經過透鏡后(hou)，不交在同一(yi)(yi)(yi)位置上，以至在主軸上的(de)(de)理想像平面處，形成一(yi)(yi)(yi)個漫射(she)光(guang)(guang)斑，即此現象稱(cheng)為球(qiu)(qiu)差。

2、慧(hui)(hui)差：由位(wei)于(yu)主軸外的(de)某(mou)一(yi)軸外物點，向光學(xue)系(xi)(xi)統發出的(de)單色圓錐形光束，經該(gai)光學(xue)系(xi)(xi)列折射后，若在理想像平面處不能結成(cheng)(cheng)清晰點，而是結成(cheng)(cheng)拖著明亮尾巴的(de)慧(hui)(hui)星形光斑，則(ze)此光學(xue)系(xi)(xi)統的(de)成(cheng)(cheng)像誤差稱為慧(hui)(hui)差。

3、像散(san)：由(you)位于主軸(zhou)外(wai)的某一軸(zhou)外(wai)物點，向光(guang)學系(xi)(xi)統發出的斜射單色圓(yuan)錐(zhui)形光(guang)束，經該(gai)光(guang)學系(xi)(xi)列折射后，不能結成(cheng)一個清晰像點，而只能結成(cheng)一彌散(san)光(guang)斑，則此(ci)光(guang)學系(xi)(xi)統的成(cheng)像誤差稱為像散(san)。

4、場曲：垂直于主(zhu)軸的(de)(de)平面(mian)物體(ti)經光(guang)學系統所結成的(de)(de)清晰影像，若(ruo)不(bu)在(zai)一(yi)垂直于主(zhu)軸的(de)(de)像平面(mian)內，而在(zai)一(yi)以主(zhu)軸為對(dui)稱的(de)(de)彎曲表面(mian)上，即(ji)最佳像面(mian)為一(yi)曲面(mian)，則此光(guang)學系統的(de)(de)成像誤差稱為場曲。

5、色差(cha)：由白色物體向光(guang)(guang)(guang)學系(xi)統發出(chu)一(yi)束(shu)白光(guang)(guang)(guang)，經光(guang)(guang)(guang)學系(xi)統折(zhe)射后，各色光(guang)(guang)(guang)不能會聚于一(yi)點(dian)上，而形成一(yi)彩色像(xiang)斑，稱為色差(cha)。

6、畸(ji)變(bian)：被拍平面(mian)內的主軸外(wai)直線(xian)，經光學系統成像后變(bian)為(wei)(wei)曲線(xian)，則(ze)此(ci)光學系統的成像誤(wu)差稱為(wei)(wei)畸(ji)變(bian)。

在評價工業鏡頭質(zhi)量時還會從分辨率、明銳(rui)度和景深等實(shi)用參數判斷：

1、分(fen)辨率(lv)(lv)：又稱鑒別率(lv)(lv)、解像力(li)，指鏡頭清晰分(fen)辨被攝景物纖維(wei)細節的能力(li)，制約鏡頭分(fen)辨率(lv)(lv)的原因是光(guang)的衍射(she)現象，即(ji)衍射(she)光(guang)斑。

2、明(ming)銳度(du)：也(ye)稱(cheng)對比(bi)度(du)，是指圖像中最(zui)亮(liang)和最(zui)暗的(de)部分(fen)的(de)對比(bi)度(du)。

3、景深(shen)：調焦(jiao)物平面前后的能(neng)形成(cheng)相對清晰影像的實(shi)物縱深(shen)距離，也就(jiu)是(shi)能(neng)獲得相對清晰影像的景物空間深(shen)度(du)范圍(wei)，稱為景深(shen)。

4、最大(da)相(xiang)對孔(kong)(kong)徑(jing)(jing)與(yu)光圈系數：相(xiang)對孔(kong)(kong)徑(jing)(jing)，是(shi)指該鏡頭的入射光孔(kong)(kong)直(zhi)徑(jing)(jing)（D）與(yu)焦距（f）之(zhi)比，即：相(xiang)對孔(kong)(kong)徑(jing)(jing)＝D/f。相(xiang)對孔(kong)(kong)徑(jing)(jing)的倒數稱(cheng)為(wei)光圈系數。

工業鏡頭(tou)質量(liang)的好壞，直(zhi)接影響(xiang)到圖像質量(liang)的效果，最(zui)終影響(xiang)到機器視覺系統的整體性能，鏡頭(tou)主要參數對成(cheng)像質量(liang)的影響(xiang)：

1、焦(jiao)距大小的影響(xiang)

焦距越(yue)小，景深(shen)越(yue)大。焦距越(yue)小，畸(ji)變(bian)越(yue)大。

焦距(ju)越(yue)小，漸暈現象越(yue)嚴重(zhong)，使像差邊緣(yuan)的照(zhao)度降(jiang)低。

2、光圈大小的影響

光圈(quan)越(yue)(yue)(yue)大，圖像亮度越(yue)(yue)(yue)高。光圈(quan)越(yue)(yue)(yue)大，景深越(yue)(yue)(yue)小。

光圈(quan)越大(da)，分辨率越高。光圈(quan)越大(da)，球差(cha)和慧差(cha)越嚴重。

光圈越大(da)，漸(jian)暈現象越嚴重，光場照度越不均勻。

3、圖像中心與邊緣的影響

圖像中心較邊緣分(fen)辨率高(gao)。

圖像中(zhong)心較邊緣光場照度高。

像(xiang)圖像(xiang)中心較(jiao)邊緣畸(ji)變小。

4、光波的影響

在相同(tong)的(de)(de)(de)相機及(ji)鏡頭參(can)數條件下，視覺光(guang)源的(de)(de)(de)光(guang)波(bo)波(bo)長(chang)越(yue)短，鏡頭的(de)(de)(de)分辨力越(yue)高(gao)。所以在精(jing)密測量的(de)(de)(de)視覺系統(tong)項目中，盡(jin)量采用短波(bo)長(chang)的(de)(de)(de)單色光(guang)作為照(zhao)明光(guang)源，對提高(gao)系統(tong)穩定(ding)性和圖像精(jing)度有(you)很大的(de)(de)(de)作用。